油页岩共价键分布及其加氢热解特征

面对我国贫油的现状，开发利用油页岩引起了广泛关注。然而，油页岩有机结构的复杂性制约了其清洁高效转化技术的发展。为从微观层面认识油页岩结构与其反应性的关系(简称构效关系),研究了8种油页岩的共价键特征，并利用人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)以R² > 0.99的高精度量化了油页岩共价键分布、反应温度、反应时间与自由基加氢量的关系。敏感度分析结果表明油页岩中的C_al—C_al、C_al—C_ar、C_ar—C_ar、C_al—O、C_ar—O和■会促进自由基的产生及加氢；C_al—H和C_ar—H发生断键产生的C_al·和C_ar·会发生缩聚反应，而产生的H·会给其他自由基加氢，间接抑制了溶剂加氢行为；O—H在反应中断键的可能性较低。该研究对油页岩、煤、生物质的温和转化技术具有借鉴...     

改性蒙脱土对新疆和丰煤热解行为的影响

采用机械球磨法制得不同Zr含量的改性蒙脱土催化剂,通过X射线衍射仪(XRD)、物理吸附仪(BET)和化学吸附仪(NH₃-TPD)表征其结构特征,在固定床中考察催化剂对煤热解产物分布和焦油品质的影响规律,基于模型化合物苄基苯基醚(BPE)、联苄和联苯的热解行为分析,探讨了催化剂对煤中共价键断裂规律的作用机制。结果表明：酸洗可增加蒙脱土的比表面积,添加Zr后该值先减小后增加,酸性与之相反,当Zr含量为24%(质量)(24ZrAM)时,催化剂的酸量与强酸强度达最高。在xZrAM的作用下,热解焦油产率和沥青含量均下降,特别是24ZrAM对焦油的提质活性最好,轻油组分分率最高,为53.2%(质量),长链烃含量降低了22.1%,酚类化合物增加了22.5%。BPE、联苄和联苯的转化率分别比无催化剂时提高了87.2%、63.2%和31.3%,说明24ZrAM可促进长链烃裂解和C_al—O、C_al—C_al和C_ar—C_ar键的断裂。     

类煤模型化合物在两种铁基催化剂作用下的热解

选取可以代表真实煤中典型弱键结构的苯乙醚和联苄作为类煤模型化合物,在固定床热解装置上研究了其在黄铁矿(pyrite)和Fe/ZSM-5这两种铁基催化剂作用下的热解行为。结果表明,两种催化剂均可以提高模型化合物的热解转化率,Fe/ZSM-5的催化效果要优于pyrite,在热解过程中明显促进了苯乙醚中C_(aliphatic)—O键和联苄中C_(aryl)—C_(aliphatic)键的断裂;Fe的负载量为7.5%时,Fe/ZSM-5催化效果最好。在苯乙醚热解过程中,Fe/ZSM-5中载体分子筛起主要催化作用;而在联苄的热解过程中,Fe/ZSM-5中负载金属主要起催化作用。     

类煤模型化合物在两种铁基催化剂作用下的热解

选取可以代表真实煤中典型弱键结构的苯乙醚和联苄作为类煤模型化合物,在固定床热解装置上研究了其在黄铁矿(pyrite)和Fe/ZSM-5这两种铁基催化剂作用下的热解行为。结果表明,两种催化剂均可以提高模型化合物的热解转化率,Fe/ZSM-5的催化效果要优于pyrite,在热解过程中明显促进了苯乙醚中C_(aliphatic)—O键和联苄中C_(aryl)—C_(aliphatic)键的断裂;Fe的负载量为7.5%时,Fe/ZSM-5催化效果最好。在苯乙醚热解过程中,Fe/ZSM-5中载体分子筛起主要催化作用;而在联苄的热解过程中,Fe/ZSM-5中负载金属主要起催化作用。     

用密度泛函理论研究煤中甲基苯生成甲烷的反应机理

低煤级煤大分子芳香结构单元以1～2个环的芳香体系为主,为了理解煤热解甲烷的生成机制,利用量子化学密度泛函理论方法(DFT)对甲基苯热解甲烷的生成机理进行了热力学和动力学计算,计算结果表明,在生成甲烷的所有反应路径中,其控速步骤是甲基苯的脱氢或脱甲基的过程;氢自由基的参与可以显著的降低甲基苯脱甲基的能垒。在温度低于675K时,生成甲烷的主反应路径为:甲基苯上甲基脱氢,然后由氢通过本位(ipso)加成到甲基苯然后脱甲基,最后由甲基夺取甲基苯侧链上的氢生成甲烷。当温度高于975K时,生成甲烷的主反应路径为:甲基苯脱甲基,然后由甲基夺取甲基苯侧链上的氢生成甲烷。在675～975K之间则为这两条反应路径的竞争反应。     

溶剂对二苯甲烷氢化裂解的影响

溶剂对二苯甲烷氢化裂解的影响人们已广泛研究了各种氢化芳香族化合物对煤液化及模型化合物反应的供氢能力。传统的观点认为，供氢溶剂通过稳定热分解生成的自由基对煤液化起着促进作用，催化剂借助于供氢溶剂促进气相氢分子向煤转移，在这一过程中供氢溶剂起着氢的运载工...     

二苄基硫醚和二苄基二硫醚中硫的热迁移机理

以二苄基硫醚(DBS)和二苄基二硫醚(DBDS)为有机含硫模型化合物,以二苯甲烷(DPM)亚甲基作为活性氢源,研究了反应温度对DBS中C烷—S键及DBDS中C烷—S和S—S键断裂以及硫的热迁移的影响.结果表明:200℃以下,DBS中C烷—S键未断裂;225℃以上,DBS中C烷—S键能够发生有效热断裂.而模型化合物DBDS在200℃时C烷—S和S—S键可发生有效热断裂.两种化合物热断裂反应遵循自由基型反应机理,两种模型化合物中硫的热迁移历程基本相同,主要产物是甲苯(PhMe)、二苯乙烯(DPE)、二苯乙烷(DPEA)和三苯乙烯(TPE),有机含硫化合物很少,说明温和条件下化合物DBS中C烷—S键及DBDS中的C烷—S和S—S键能有效热断裂,热断裂硫能有效以气体H2S形式迁出,少量转化为其他形态有机硫.     

煤及油母中常见C—X(X=N,S)的解离能

煤及油页岩中除了碳、氢和氧原子是主要的组成元素外,氮和硫等杂原子大都以C—X(X=N,S)的键合形式存在,在其结构及转化利用中同样发挥重要的作用。认识C—X的解离能,有助于建立氮、硫热解过程中的迁移模型,丰富对煤及油母中常见化学键性质的认识,对发展高效清洁的能源利用技术至关重要。利用双杂化密度泛函方法,系统研究了煤及油母中典型C—X键的解离能(BDE)范围。研究结果表明,煤及油母中常见C—N和C—S键的BDE值范围分别是154.1~55.7 kcal·mol~(-1)和83.0~56.6 kcal·mol~(-1)。在热解过程中,苯硫类自由基以及苯胺类自由基会在初期产生,其次才是巯基、胺类自由基等侧链取代自由基脱落。C—S键的整体BDE值范围比其他类型化学键更低,各类化学键最低BDE值的高低顺序符合O—HC—HC—CC—NC—SC—O的规律,其中,只有当有PhO·生成时,C—SC—O,否则C—OC—S。     

全氟三乙胺热解机理的实验与理论研究

氟胺类物质是最有希望作为哈龙替代品的含氮化合物之一,全氟三乙胺作为典型的氟胺类物质具有良好的灭火效果。为研究全氟三乙胺热解机理,在管式加热炉内对全氟三乙胺进行热分解,通过GC-MS分析全氟三乙胺在不同温度条件下的热解产物,并用Gaussian软件对其热解反应路径进行理论计算。结果表明：保持停留时间为10 s,全氟三乙胺的初始热解温度为600℃,750℃完全热解,热解产物有C₄F₉N、C₃F₇N、C₂F₆和C₃F₈,热解温度较低时C₄F₉N体积分数最大,热解温度较高时C₃F₇N体积分数最大。在全氟三乙胺热解反应路径计算中,全氟三乙胺分子中的C—C键断裂后存在1条反应路径,可生成实验产物中的C₃F₈;全氟三乙胺分子的C—N键断裂后存在3条反应路径,可生成实验产物中的C₃F₇N、 C₄F₉N和C₂F₆。全氟三乙胺热解后产生的CF₃自由基可与H、OH自由基发生反应,从而产生灭火作用。此外,其热解产物C₄F₉N和C₃F₇N具有CN双键,更容易与燃烧活泼自由基·OH、·H发生化学作用,对研究全氟三乙胺的灭火机理具有十分重要的意义。     

全氟三乙胺热解机理的实验与理论研究

氟胺类物质是最有希望作为哈龙替代品的含氮化合物之一,全氟三乙胺作为典型的氟胺类物质具有良好的灭火效果。为研究全氟三乙胺热解机理,在管式加热炉内对全氟三乙胺进行热分解,通过GC-MS分析全氟三乙胺在不同温度条件下的热解产物,并用Gaussian软件对其热解反应路径进行理论计算。结果表明：保持停留时间为10 s,全氟三乙胺的初始热解温度为600℃,750℃完全热解,热解产物有C₄F₉N、C₃F₇N、C₂F₆和C₃F₈,热解温度较低时C₄F₉N体积分数最大,热解温度较高时C₃F₇N体积分数最大。在全氟三乙胺热解反应路径计算中,全氟三乙胺分子中的C—C键断裂后存在1条反应路径,可生成实验产物中的C₃F₈;全氟三乙胺分子的C—N键断裂后存在3条反应路径,可生成实验产物中的C₃F₇N、 C₄F₉N和C₂F₆。全氟三乙胺热解后产生的CF₃自由基可与H、OH自由基发生反应,从而产生灭火作用。此外,其热解产物C₄F₉N和C₃F₇N具有CN双键,更容易与燃烧活泼自由基·OH、·H发生化学作用,对研究全氟三乙胺的灭火机理具有十分重要的意义。     

煤中芳核侧链模型化合物丁基蒽的初次热解

利用Gaussian 03 程序包中的DFT/B3LYP方法, 在6-311G基组上对煤的模型化合物正丁基蒽烷基侧链热解机理进行了研究,计算了不同温度下各反应路径的热力学参数及产物自由基的前线轨道能级差。结果表明:正丁基侧链上最容易发生的反应是β位C—C键的断裂;在正丁基蒽的3个同分异构体中连在γ位的侧链反应活性最高;芳环尺寸对烷基侧链的β位C—C键有一定的影响,但对其他C—C键影响不大。     

C—N键催化氢解反应研究进展

叙述了非杂环类含氮化合物和杂环类含氮化合物C—N氢解反应常用催化剂,讨论了苄基型含氮化合物的底物结构、催化剂及反应条件对C—N氢解反应的影响,初步探讨了C—N键催化氢解反应机理。认为C—N键的催化氢解反应不仅与含氮化合物的分子结构有关,还与催化剂的性能有关,若要从根本上提高C—N键氢解活性还需深入对反应机理的研究。     

ZrO2纳米颗粒催化借氢反应研究

以醇为烷基化试剂，与羰基化合物反应实现羰基α位烷基化的C-烷基化反应，或者与胺反应实现胺基烷基化的N-烷基化反应是一锅多步串联的借氢反应。这种绿色的借氢反应近年来得到广泛关注，但目前报道的该反应的催化剂均为贵金属基催化剂，开发廉价的非贵金属多相催化剂对于此类借氢反应的工业化应用具有重要意义。采用廉价易得的ZrO₂纳米颗粒催化剂催化这两种类型的借氢反应，构建的C—N键形成借氢反应产率高达97.5%,C—C键形成借氢反应产率92.1%。初步研究结果表明，金属氧化物纳米颗粒ZrO₂具有优良的催化借氢反应能力。同时ZrO₂纳米颗粒表现出较大的底物适用性和很高的稳定性，在重复使用五次后催化活性损失不大。     

基于Py-GC/MS研究热解反应中自由基的捕获反应

在500℃下对类煤模型化合物1-萘甲醇与同位素示踪剂的共热解进行了机理研究。利用Py-GC/MS进行快速产物检测,同时联合自由基捕获剂来推断自由基的反应过程。结果表明,在500℃和0.2 min的条件下,1-萘甲醇的热解产物相对单一,但是自由基反应的引发、交换和湮灭极其快速,现有检测方法是对某一时间节点的平衡反应结果的分析。通过D₂O和H₂¹⁸O同位素示踪,成功捕获到了自由基交换后的D取代产物和¹⁸O取代产物。揭示了1-萘甲醇经过1-萘甲基自由基转化为1-萘甲醛的转化过程,发现萘环上的取代基在1-萘甲醇的热解过程中起着重要作用。同时对自由基及产物进行了定性和半定量分析,发现在加入自由基捕获剂后产物的丰度较之前降低了一个数量级,说明了自由基捕获剂抑制了产物的生成。     

煤中噻吩型有机硫热解机理的量子化学研究

采用密度泛函( DFT)方法,在UB3LYP/6- 31 G( d)水平上研究了煤中噻吩型有机硫的热解机理.对热解过程中由于官能团周围环境的不同而形成的二类噻吩自由基进行了量子化学计算,通过对键的Mulliken布居数等计算结果的分析,得到了二类自由基的热解途径.计算结果表明,C S键是热解引发键,热解产物最终为乙炔,含硫部分则较易于与氢自由基结合,以H2 S的形式逸出.     

低阶煤与聚丙烯共热解协同效应分析

新疆地区煤炭储量丰富,低阶煤占比较高。其中,哈密地区的煤炭普遍具有挥发分高的特点,适宜通过热解提取其中的油气组分。然而热解焦油存在重质组分含量高、黏度大、易带尘等问题,因此如何降低焦油中重质组分含量,提升焦油品质是实现其高值化利用的关键。塑料与煤具有相似的热解温区,且塑料的H/C原子比远高于煤,其在热解过程中产生的富氢组分可促进煤的一次热解反应或抑制煤热解过程中的交联现象。煤与塑料共热解过程中,挥发物之间存在相互作用,其机制与二者接触方式密切相关。通过TG、TG-MS和TG-FTIR-GC/MS探究聚丙烯(PP)和淖毛湖煤(NMH)共热解过程中相互作用。TG-MS结果显示二者快速分解阶段主要热解温度区间基本重合,PP热解过程生成·CH₃。PP置于NMH上方时,二者质量比显著影响NMH热失重行为和挥发物释出规律,当NMH、PP_exp质量比为8∶2时,正协同效应最明显。TG-FTIR-GC/MS结果显示,8NMH-2PP_exp热解过程中,PP热解自由基促进NMH化学键断裂,形成的相互作用改变氧的释放形式,CO和H_2...     

煤炭直接液化反应机理研究进展

为探讨煤炭直接液化反应机理,论述了煤炭直接液化反应历程,分析了煤的浸润溶胀、煤的热解、供氢溶剂热解、H2溶解、H2活化、自由基之间的相互反应等过程。研究发现,在合适的温度范围内,煤热解10 min以内即接近自由基浓度的最大值,与煤热解自由基反应活性强弱分别为:煤热解提供的活性氢及小分子自由基供氢溶剂提供活性氢H2提供活性氢,并指出H2与煤热解自由基的反应程度是决定最终液化产物整体H/C原子比的重要因素。基于液化反应机理,提出进一步明确H2在不同催化剂作用下被活化与煤热解自由基反应的机理,降低反应温度、压力,开发高活性催化剂是下一步研究方向。     

费托催化剂η-Fe2C(011)上CH4形成及C－C耦合机理研究

Fe_2C是低温Fe基费托催化剂的主要活性相,研究其上费托反应机理具有十分重要的意义。从原子尺度上通过密度泛函理论(DFT)计算研究了Fe_2C稳定晶相η-Fe_2C的(011)表面上甲烷形成和C—C耦合的反应机理。计算结果表明,η-Fe_2C(011)表面上甲烷形成的有效能垒为1.03 eV,其低于CH_i+CH_j耦合反应的有效能垒(1.52～2.98 eV),且最可能的C—C耦合反应路径为C+CH_3。进一步比较研究了η-Fe_2C(011)表面与其他Fe基费托催化剂表面之间的CH_4和C_(2+)选择性差异,发现选择性高度敏感于Fe基催化剂的表面与体相结构,其中η-Fe_2C(011)表面具有较高的甲烷选择性。     

采用氢压下两段热处理工艺由煤制取化工原料

在一个反应器中,对英国煤种所进行的两段加氢热解(在该反应器的一个区段内将煤加热、而在另一个单独的等温区段内使挥发物热解)的研究表明:在高挥发性烟煤中有40％的碳可转化成三种在工业上具有重要意义的化工产品,即甲烷、苯和乙烷。模型化合物的加氢热解表明:在氢压下多环芳烃裂解的主要产物物是苯。     

木塑复合材料热解特性

通过热重分析(TGA)和裂解/气质联用(Py-GC/MS)对杨木/高密度聚乙烯(HDPE)木塑复合材料(WPC)进行热解,考察了木粉和聚烯烃塑料热解过程中的相互作用。结果表明:生物质和塑料热解过程中存在明显的协同作用,杨木在较低的温度下即开始发生热解,其提供的自由基参与了聚烯烃热解反应,产生了更多的轻质烃类产物。而聚烯烃分解产生的碳氢化合物向生物质分解产生的自由基提供氢,促进挥发性物质生成,部分抑制了活性自由基进一步聚合结焦,得到了更多的挥发性产物和减少了固体残炭。